Forskare från Rensselaer Polytechnic Institute har utvecklat ett tillgängligt sätt att göra N95-ansiktsmasker inte bara effektiva barriärer mot bakterier, utan även bakteriedödare vid kontakt. De antivirala, antibakteriella maskerna kan potentiellt bäras längre, vilket orsakar mindre plastavfall eftersom maskerna inte behöver bytas ut lika ofta.

Helen Zha, biträdande professor i kemisk och biologisk ingenjörskonst och medlem av Center for Biotechnology and Interdisciplinary Studies at Rensselaer (CBIS), samarbetade med Edmund Palermo, docent i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap och medlem av Center for Materials, Devices, och integrerade system (cMDIS) på Rensselaer, för att bekämpa infektionssjukdomar i luftvägarna och miljöföroreningar med det perfekta receptet för att förbättra ansiktsmasker.

"Detta var en mångfacetterad materialteknikutmaning med ett stort, mångsidigt team av samarbetspartners," sa Palermo. "Vi tror att arbetet är ett första steg mot en längre livslängd, självsteriliserande personlig skyddsutrustning, som N95-respiratorn. Det kan bidra till att minska överföringen av luftburna patogener i allmänhet."

I forskning som nyligen publicerats i ACS Applied Materials &Interfaces , har teamet framgångsrikt ympat bredspektrum antimikrobiella polymerer på polypropenfiltren som används i N95 ansiktsmasker.

"De aktiva filtreringsskikten i N95-masker är mycket känsliga för kemisk modifiering", säger Zha. "Det kan få dem att prestera sämre när det gäller filtrering, så de presterar i princip inte längre som N95s. De är gjorda av polypropen, vilket är svårt att kemiskt modifiera. En annan utmaning är att du inte vill störa det mycket fina nätverk av fibrer i dessa masker, vilket kan göra dem svårare att andas igenom."

Zha och Palermo, tillsammans med andra forskare från Rensselaer, Michigan Technological Institute och Massachusetts Institute of Technology, fäste kovalent antimikrobiella kvaternära ammoniumpolymerer till fiberytorna på nonwoven polypropentyger med hjälp av ultraviolett (UV)-initierad ympning. Tygerna donerades av Hills Inc. med tillstånd av Rensselaer-alumnen Tim Robson.

"Processen som vi utvecklade använder en väldigt enkel kemi för att skapa denna icke-lakande polymerbeläggning som kan döda virus och bakterier genom att i huvudsak bryta upp deras yttre skikt," sa Zha. "Det är väldigt enkelt och en potentiellt skalbar metod."

Teamet använde endast UV-ljus och aceton i sin process, som är allmänt tillgängliga, för att göra det enkelt att implementera. Dessutom kan processen tillämpas på redan tillverkade polypropenfilter, snarare än att det krävs utveckling av nya.

Teamet såg en minskning av filtreringseffektiviteten när processen applicerades direkt på filtreringsskiktet av N95-masker, men lösningen är okomplicerad. Användaren kan bära en oförändrad N95-mask tillsammans med ett annat polypropenskikt med den antimikrobiella polymeren ovanpå. I framtiden kan tillverkare göra en mask med den antimikrobiella polymeren inkorporerad i det översta lagret.

Tack vare ett anslag från National Science Foundation Rapid Response Research (RAPID) startade Zha och Palermo sin forskning 2020 när N95-ansiktsmasker var en bristvara.

Sjukvårdspersonal återanvände till och med masker som var avsedda för engångsbruk. Snabbspola fram till 2022 och ansiktsmasker av alla typer är nu allmänt tillgängliga. Covid-frekvensen är dock fortfarande hög, hotet om en ny pandemi i framtiden är en tydlig möjlighet, och engångsmasker för engångsbruk hopar sig på deponier.

"Förhoppningsvis är vi på andra sidan covid-pandemin", sa Zha. "Men den här typen av teknik kommer att bli allt viktigare. Hotet om sjukdomar orsakade av luftburna mikrober försvinner inte. Det är på tiden att vi förbättrar prestandan och hållbarheten för de material som vi använder för att skydda oss själva."

"Att fästa kemiska grupper som dödar virus eller bakterier vid kontakt med polypropen är en smart strategi", säger Shekhar Garde, dekanus på School of Engineering vid Rensselaer. "Med tanke på överflöd av polypropen i det dagliga livet kanske den här strategin är användbar i många andra sammanhang också." + Utforska vidare

Ny studie föreslår en låg kostnad, högeffektiv maskdesign